蓄熱式熔鋁爐節(jié)能技術

1、蓄熱式熔鋁爐節(jié)能技術一、熔鋁爐的能耗與節(jié)能國內鋁加工行業(yè)熔鋁爐使用傳統(tǒng)的加熱技術其能耗一般在75萬大卡/噸鋁左右；在國外，噸鋁能耗一般低于55萬大卡。因此，國內的熔鋁爐節(jié)能潛力還有很大的空間。判斷熔鋁爐能耗高低以及是否節(jié)能， 從兩個方面來看，第一，熔化率，第二，爐子熱效率。 熔化率是指單位時間單位熔池體積的熔化量（生產率），爐子升溫速度越快，爐子熔池越大 則爐子的熔化率越高，在一般情況下，爐子生產率越高，則熔化率的單位熱量消耗就越低。爐 子熱效率是鋁被加熱熔化時吸收的熱量與供入爐內的熱量之比。為了降低能源消耗，應盡量提高爐子生產率，另一方面應充分回收利用出爐廢氣的余熱。同時對燃燒裝置實行燃料與

2、助燃空氣的自動比例調節(jié)，以防止空氣量過?；虿蛔?。減少爐體的蓄熱和散熱損失以及減少爐門開口等輻射熱損失。早期的（現(xiàn)在也有一部分）熔鋁爐一般離爐煙氣直接排放，煙氣溫度在750C以上（圖1）。?圖1 ?廢 熱不利用 的爐子 為減少煙 氣帶走的 熱量損失， 人們在排 煙管道上 安裝了熱 量回收裝 置即空氣 換熱器，將 助燃空氣 預熱到一 定的溫度（200 r 左 右）后參與 燃料的燃 燒，但換熱器后的排放溫度還在 500r以上（圖2）。圖2?安裝空氣預熱器的爐子采用蓄熱式燃燒技術可以將煙氣排放溫度降低到150E以下，助燃空氣溫度預熱到700r以上，這樣就大大地減少了離爐煙氣所帶走的熱量，使爐子熱效率大

3、幅度提高，燃料消耗大量減少， 達到節(jié)能的目的（圖3）。圖3 ?HTAC技術的工作原理圖根據工業(yè)爐熱工原理，助燃空氣溫度每升高100 r，能節(jié)省燃料約5%;或者煙氣溫度每降低100r，能節(jié)省燃料約5.5%。因此，采用蓄熱式燃燒技術相對換熱器回收裝置可以節(jié)能25%以上。二熔煉爐概述：傳統(tǒng)上有火焰爐、電阻爐、中頻感應爐、反射爐以及坩堝爐等。為了獲得質量高又經濟的 鋁合金溶液，各企業(yè)對熔煉設備的選擇越來越重視， 近幾年來，火焰爐、電阻爐、中頻感應爐、 反射爐都有所改進。熔煉爐結構的發(fā)展方向是：操作自動化、應用更新化、原料節(jié)能化等。新 型加熱材料、新型耐火材料和新溶劑得到新的應用。1、采用蓄熱式煙氣余熱

4、回收裝置，交替切換空氣和煙氣，使之流經蓄熱體，能夠最大程度上 回收高溫煙氣熱量，將助燃空氣預熱 800度-1000度以上，其余熱回收率可達 85%以上。2、合理組織燃燒工況，使爐內形成與傳統(tǒng)火焰迥然不同的新型火焰型，創(chuàng)造出爐內均勻的溫 度場分布。3、通過空氣與燃料氣流的合理組織，交替使用，是燃料在低氧環(huán)境中進行燃燒，消除爐內局 部咼溫區(qū)。三、蓄熱式燃燒系統(tǒng)工作原理蓄熱式燒嘴成對布置，相對的兩個燒嘴為一組(A、B燒嘴)。從鼓風機出來的常溫空氣由換 向閥切換進蓄熱式燒嘴A后，在流過蓄熱式燒嘴A陶瓷小球蓄熱體時被加熱，常溫空氣被加 熱到接近爐膛溫度(一般為爐膛溫度的 80%90%)。被加熱后的高溫空

5、氣進入爐膛后，卷吸 周圍爐內的煙氣形成一股含氧量大大低于 21%的稀薄貧氧高溫氣流，貧氧高溫空氣與注入的 燃料混合，實現(xiàn)燃料在貧氧狀態(tài)下燃燒；與此同時，爐膛內的熱煙氣經過蓄熱式燒嘴B排出，高溫熱煙氣通過蓄熱式燒嘴 B時將顯熱儲存在蓄熱式燒嘴 B內的蓄熱體內，然后以低于150C 的低溫煙氣經過換向閥排出。當蓄熱體儲存的熱量達到飽和時進行換向，蓄熱式燒嘴A和B變換燃燒和蓄熱工作狀態(tài)，如此周而復始，從而達到節(jié)能和降低NOx排放量等目的。蓄熱式燃燒技術改變了傳統(tǒng)的燃燒方式，主要表現(xiàn)為燃料與空氣以適當速度從不同的噴嘴通道進入爐內，并卷吸爐內的燃燒產物，空氣中的O2含量被稀釋，燃料在爐膛中高溫(1 000

6、 c以上)低氧濃度場(5%6.5%)工況下燃燒，此種燃燒方式帶來了許多優(yōu)點：(1) 節(jié)能效果顯著，比傳統(tǒng)熔化爐平均節(jié)能 25%以上由于蓄熱體“極限回收”了煙氣中大部分的余熱，并由參與燃燒的介質帶回爐內，大大降 低了爐子的熱支出，所以采用蓄熱式燃燒技術的爐子比傳統(tǒng)熔化爐節(jié)能。(2) 消除了局部高溫區(qū)，爐溫分布均勻燃料在高溫低氧濃度工況下燃燒，在爐內形成沒有明顯火焰的彌漫燃燒，消除了火焰產生的局部高溫區(qū)，火焰邊界幾乎擴大到整個爐膛，使爐溫更加均勻。蓄熱式燒嘴工作狀態(tài)頻繁交換， 使燃燒熱點的位置及爐氣流動方向頻繁改變，強化了爐氣對流，減小爐內死角，也使爐溫更加均勻。(3) 提高加熱質量均勻的爐溫使鋁

7、錠加熱更均勻，降低了局部高溫以及富氧環(huán)境對鋁液的揮發(fā)和氧化作用。？(4) 延長爐子耐火材料使用壽命爐溫均勻和消除局部高溫區(qū)使耐火材料受熱均勻，并保證耐火材料始終工作在合理的使用溫度范圍內。(5) 減少溫室效應氣體CC2排放量及NOx生量燃料節(jié)省25%,相應的CC2排放量也減少25%。由于局部高溫區(qū)的消除，有效的降低了 NOx 的生成量。四、蓄熱體材料蓄熱體是蓄熱式燃燒技術關鍵部分， 它要求蓄熱體具有蓄熱量大、換熱速度好、高溫強度 好、阻力損失小、抗氧化抗渣性強，而且經濟耐用。陶瓷球的原理就是在蓄熱室內填沖直徑相同的許多陶瓷實心球，堆積呈固定床，球徑一般在15-25mm之間。陶瓷球蓄熱體比表面積

8、240m2/m3,眾多的小球將氣流分割成很小流股，氣流在蓄熱體中流 過時，形成強烈紊流，有效地沖破了蓄熱體表面的附面層，又由于球徑很小，傳熱半徑小，熱 阻小，密度高，導熱性強，加之換向系統(tǒng)設計獨特，故可實現(xiàn)頻繁且快速的換向，固此，蓄熱 體可利用30次/H,高溫煙氣流經蓄熱體床層后便可將煙氣降至150C排放。常溫空氣流徑蓄熱體在相同路徑內即可預熱至反比煙氣溫度低50C，溫度效率高達95%以上。另外，因為蓄熱體體積十分小巧，加之小球床的流通能力強，即使積灰的阻力增加也不影響換熱指標，陶瓷小 球的更換，清洗非常方便，并可重復利用。 蓄熱體材質陶瓷材料形狀蓄熱體體積換向時間空氣預熱溫度高溫煙氣溫度排煙

9、溫度材料比表面積（m2/m3） 球徑熱回收率球形3m3120秒1000 C1050 C 150 C24025mm 約 70%-80%五、應用案例下面以燃油、燃氣蓄熱式熔鋁爐為案例，對采用某公司單蓄熱（空氣）技術及專利設備（換 向閥）等應用節(jié)能效果做比較和分析。1 某鋁廠熔化車間一一新建項目 熔化材料：鋁坯及再生鋁材爐子形式：矩形固定式爐子容量：30T?爐膛工作溫度： 1 100 C鋁液溫度：720 C830 C ?容體溫差：w 5C熔化期熔化率：5.2t/h熔池面積：5.05X 4.5=22.7m2熔池深度：650mm熔化期噸鋁消耗：w 62 m3/噸鋁鋁坯入爐溫度：常溫燃料：天然氣發(fā)熱值：8

10、 500 kcal/Nm3排煙溫度：150 C蓄熱材料：陶瓷小球燒嘴型式：含點火及常明式蓄熱式燒嘴2 某鋁業(yè)有限公司一一改造項目改造前：為常規(guī)的燒嘴技術，即采用機械式霧化油槍技術，熔化率為3.5噸，噸鋁耗油76千克。經過改造后的熔化率達到 5噸，熔鋁熱耗53千克，平均節(jié)油率30%。相關參數(shù)如下：熔化材料：30%鋁及鋁合金錠、廢料+ 70%電解鋁液爐子形式：矩形固定式、一扇組合大爐門、機械扒渣爐子容量：25T爐膛工作溫度： 1 100 C鋁液溫度：730 C860 C熔化期熔化率：5t/h熔池面積：5 X 4=20 m2熔化期噸鋁消耗：53公斤/噸鋁熔料入爐溫度：常溫 燃料：0 #輕柴油 發(fā)熱值

11、：10 200 kcal/kg 排煙溫度：150 C六、總論：從熱平衡角度來說，采用蓄熱式換熱技術的熔化爐燃料節(jié)約率與爐子砌體的蓄熱量、爐體的表面散熱損失有關。因為燒嘴是通過煙氣回收余熱的，爐體的蓄熱量減小，表面散熱損失越少， 則排煙余熱量越大，燃料節(jié)約率就越高。同時，由于熔鋁爐間歇性工作特點，在不同工作狀態(tài)時爐溫、蓄熱體中空氣流速、煙氣出口溫 度有較大波動。這樣燒嘴換向時間也應隨工作狀態(tài)變化而變化，優(yōu)化蓄熱體的利用率，使余熱 回收達到更好的效果。由于空氣通過蓄熱體后溫度升高， 帶進爐內大量顯熱，使得燃料的理論燃燒溫度顯著提高。 在 采用相同的爐型和燃料時，蓄熱爐比常規(guī)爐有更高的綜合加熱溫度和更快的加熱速度。 采用蓄熱式換熱技術， 帶來的直接經濟效益主要是節(jié)省燃料。由于消除局部高溫區(qū)，爐溫分布 均勻，使耐火材料使用壽命延長，同時提高了加熱質量，減少了氧化燒損。由這些因素帶來的 經濟效益也是相當可